WO2019214976A1 - Method for operating a high-voltage on-board power system of a motor vehicle, and high-voltage on-board power system - Google Patents

Method for operating a high-voltage on-board power system of a motor vehicle, and high-voltage on-board power system Download PDF

Info

Publication number
WO2019214976A1
WO2019214976A1 PCT/EP2019/060870 EP2019060870W WO2019214976A1 WO 2019214976 A1 WO2019214976 A1 WO 2019214976A1 EP 2019060870 W EP2019060870 W EP 2019060870W WO 2019214976 A1 WO2019214976 A1 WO 2019214976A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
voltage
electrical system
vehicle electrical
operating voltage
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/060870
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Florian UHRIG
Original Assignee
Cpt Group Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cpt Group Gmbh filed Critical Cpt Group Gmbh
Priority to CN201980030975.XA priority Critical patent/CN112135749B/en
Priority to US17/051,223 priority patent/US11760229B2/en
Publication of WO2019214976A1 publication Critical patent/WO2019214976A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/31—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for starting of fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/75—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using propulsion power supplied by both fuel cells and batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a high-voltage vehicle electrical system. Furthermore, the invention relates to a corresponding high-voltage vehicle electrical system for a motor vehicle, with a high-voltage battery and a fuel cell fuel. The high-voltage battery is over a
  • DC-DC converter connected to an inverter of an electric traction unit of the motor vehicle.
  • Known Hochvoltbordnetze with a high-voltage battery and a fuel cell usually have two DC voltage converter.
  • a DC-DC converter is usually arranged between the fuel cell and the inverter of the electric traction unit, while the other DC voltage converter is arranged between the high-voltage battery and the inverter.
  • the operating voltage of the fuel cell can be adjusted, while the operating voltage of the high-voltage battery can be adjusted by the other DC-DC converter.
  • the two DC-DC converters space is required and the vehicle weight is increased. Furthermore, DC losses cause power losses.
  • a high-voltage vehicle electrical system is operated. The following steps are carried out:
  • the invention is based on the finding that the fuel cell fuel cell also directly, so DC converter can be tied to the inverter, especially if the loading operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system is adapted to the operating voltage of the fuel cell before coupling the fuel cell with the high-voltage vehicle electrical system.
  • Fuel cells usually increase their operating voltage after activation. This would mean that the fuel cell - can be coupled to the high-voltage vehicle electrical system - in direct connection of the fuel cell with the inverter - only if the operating voltage of the fuel cell to the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system. The fuel cell would therefore have to be operated for a while until the ent speaking operating voltage for coupling with the high-voltage vehicle electrical system provided. The fuel cell is used only from the coupling of the fuel cell with the high-voltage vehicle electrical system. Before the coupling, the fuel cell is operated in particular without using the energy generated.
  • the fuel cell can be earlier coupled directly to the high-voltage electrical system, as would be the case without adjustment of the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system .
  • the energy of the fuel cell which is generated at the beginning, ie shortly after the activation of the fuel cell, so earlier can be fed into the high-voltage electrical system, whereby the high-voltage electrical system or the fuel cell is operated energieeffizi enter.
  • the fuel cell is coupled in step f) by a fuel cell switch with the high-voltage vehicle electrical system.
  • the fuel cell switch can be designed as a contactor.
  • the fuel cell cell switch is preferably arranged between the fuel cell and the inverter.
  • the fuel cell switch for coupling the Fuel cell, the fuel cell switch in particular special closed.
  • the fuel cell switch allows the fuel cell to be connected to the inverter in an energy-efficient and space-saving manner.
  • the fuel cell cell switch is opened before activation of the fuel cell in step c).
  • the fuel cell is decoupled from the high-voltage vehicle electrical system and can be activated without there being a significant voltage difference between the operating voltage of the fuel cell and the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system.
  • the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system for adaptation to the current operating voltage of the fuel cell in step e) is reduced.
  • the fuel cell can be coupled earlier in the ramp-up state or in the starting phase, in which the operating voltage of the fuel cell increases continuously with the high-voltage electrical system, as if the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system is not reduced.
  • the energy of the fuel cell can be fed earlier into the high-voltage electrical system, as if the coupling of the fuel cell takes place later, namely, only when the fuel cell has reached an operating voltage which is similar to the loading operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system.
  • the operating voltage of the fuel cell and / or the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system after coupling of the fuel cell in step f) is increased.
  • the inverter and thus also the traction be powered on a higher voltage, making the traction unit more powerful and efficient. It is thus provided in particular that the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system for the coupling process of the fuel cell is temporarily reduced and after the successful coupling process again, for example, to the original level, is increased.
  • the coupling of the fuel cell takes place at a time when the motor vehicle does not retrieve the full power of the traction unit, but rather preferably at a time in which it is anticipated that the future performance of the fuel cell is needed. Therefore, the coupling signal can be generated and the vehicle electrical system coupling of the fuel cell can be performed according to the method.
  • a decoupling signal is generated, and the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system is adjusted depending on the decoupling signal to the operating voltage of the fuel cell, wherein the fuel cell is operated de-energized after adjusting using the decoupling signal, i. the voltage difference between the fuel cell and the high-voltage on-board network is zero.
  • the fuel cell is then decoupled from the high-voltage on-board electrical system during power-off operation. In particular, the fuel cell is switched off or deactivated after decoupling.
  • the fuel cell is operated without power and the fuel cell can be decoupled by opening the fuel cell switch from the high-voltage vehicle electrical system.
  • steps a) to f) are carried out in the given order. Due to the given order, the fuel cell becomes energy efficient and efficient Essentially coupled without voltage jumps to the high-voltage vehicle electrical system.
  • the invention also relates to a high-voltage vehicle electrical system.
  • the high-voltage vehicle electrical system according to the invention has a high-voltage battery and a fuel cell.
  • the high-voltage battery is electrically connected via a DC-DC converter with an inverter in an electric traction unit of the motor vehicle.
  • the fuel cell is electrically connected directly to the inverter, that is, DC voltage without transformer.
  • a switch in particular a fuel cell switch, is arranged between the fuel cell and the inverter.
  • the high-voltage on-board network can be made more space-saving and energy-efficient. Furthermore, passive components of the high-voltage vehicle electrical system can be made smaller or completely saved.
  • a fuel cell switch is arranged, and the power connection point is directly electrically connected to the DC-DC converter, the inverter, and the fuel cell.
  • the power connection point Through the power connection point are the Fuel cell and the high-voltage battery in particular connected in parallel.
  • the high-voltage on-board electrical system can then be supplied with energy both from the fuel cell and from the high-voltage battery.
  • the high-voltage onboard network has a control unit which is adapted to generate a coupling signal, by which the fuel cell is coupled to the high-voltage vehicle electrical system, and / or a decoupling signal, by which the fuel cell is decoupled from the high-voltage vehicle electrical system, to create.
  • the control unit can then be adjusted preferably also the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system.
  • the adjustment of the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system preferably takes place via the DC-DC converter.
  • the control unit can be connected to the DC-DC converter to transmit control signal.
  • Advantageous embodiments of the method according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the high-voltage vehicle electrical system.
  • the subject components of the high-voltage vehicle electrical system are each designed to carry out the respective method steps.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a motor vehicle with an exemplary embodiment of a high-voltage on-board electrical system according to the invention.
  • the FIG. 1 shows a schematic plan view of a motor vehicle 1.
  • the motor vehicle 1 has a high-voltage on-board network 2 and a traction unit 3.
  • the traction unit 3 may be formed, for example, as an electric motor.
  • the main drive power of the motor vehicle 1 is provided by the traction unit 3.
  • the high-voltage vehicle electrical system 2 has an inverter 4, a fuel cell 5, a high-voltage battery 6, a DC voltage converter 7 and a fuel cell 8.
  • the fuel cell 5 is electrically connected to the high-voltage vehicle electrical system 2 via the fuel cell switch 8. More specifically, by closing the fuel cell switch 8, a first high-voltage vehicle electrical system section 9 having the fuel cell 5 is electrically connected to a second high-voltage vehicle electrical system section 10 having the high-voltage battery 6 and the DC-DC converter 7.
  • the high-voltage battery 6 is connected according to the embodiment only via the DC-DC converter 7 to the inverter 4.
  • a power connection point 11 is arranged between the fuel cell switch 8, the inverter 4 and the DC-DC converter 7, a power connection point 11 is arranged.
  • the fuel cell switch 8 in turn is arranged according to the embodiment directly between the fuel cell 5 and the power connection point 11.
  • the high-voltage vehicle electrical system has a control unit 12, which is connected according to the embodiment with the DC-DC converter 7 to transmit control signal.
  • control of the DC-DC converter 7 can be carried out by the control unit 12 in order to ensure that operating voltage 13 of the high-voltage vehicle electrical system 3, in particular of the second high-voltage electrical system section 10, adapt, in particular to increase or decrease.
  • An operating voltage 14 is provided by the fuel cell 5. If the fuel cell switch 8 is open, the operating voltage 14 of the fuel cell 5 is present only in the first high-voltage onboard power supply section 9.
  • a method for operating the high-voltage vehicle electrical system 2 now proceeds as follows, for example.
  • a coupling signal 15 to the vehicle electrical system coupling of the fuel cell 5 is generated.
  • the current operating voltage 14 of the fuel cell 5 is determined.
  • the operating voltage 13 of the high-voltage vehicle electrical system 2 by means of the DC-DC converter 7 to the operating voltage 14 of
  • Fuel cell 5 adapted or brought to the same voltage level.
  • the high-voltage vehicle electrical system (2) is set up to adjust the operating voltage (13) of the high-voltage vehicle electrical system (2) to the operating voltage (14) of the fuel cell (5) in step e).
  • the fuel cell 5 is directly coupled to the high-voltage vehicle electrical system 2, that is to say the fuel cell switch 8 is closed.
  • the combustion Substance cell switch 8 can be closed without current flow.
  • the fuel cell 5 can now feed the traction unit 3 or a drive train of the motor vehicle 1 without losses of a DC-DC converter.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

A method for operating a high-voltage on-board power system (2) of a motor vehicle (1), in which the following steps are carried out: a) generating a coupling signal (15) for coupling the on-board power system to a fuel cell (5) of the motor vehicle (1); b) carrying out steps c) to f) in accordance with the coupling signal (15); c) activating the fuel cell (5) in accordance with the coupling signal (15); d) determining a current operating voltage (14) of the fuel cell (5); e) adapting an operating voltage (13) of the high-voltage on-board power system (2), uncoupled from the fuel cell (5), to the operating voltage (14) of the fuel cell (5); and f) coupling the fuel cell (5) to the high-voltage on-board power system (2).

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltbordnetzes eines Method for operating a high voltage vehicle electrical system
Kraftfahrzeugs, und Hochvoltbordnetz Motor vehicle, and high-voltage on-board electrical system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung ein dementsprechendes Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug, mit einer Hochvoltbatterie und einer Brenn stoffzelle. Die Hochvoltbatterie ist dabei über einen The invention relates to a method for operating a high-voltage vehicle electrical system. Furthermore, the invention relates to a corresponding high-voltage vehicle electrical system for a motor vehicle, with a high-voltage battery and a fuel cell fuel. The high-voltage battery is over a
Gleichspannungswandler mit einem Inverter einer elektrischen Traktionseinheit des Kraftfahrzeugs verbunden. DC-DC converter connected to an inverter of an electric traction unit of the motor vehicle.
Bekannte Hochvoltbordnetze mit einer Hochvoltbatterie und einer Brennstoffzelle weisen üblicherweise zwei Gleichspannungs wandler auf. Ein Gleichspannungswandler ist dabei üblicherweise zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter der elektrischen Traktionseinheit angeordnet, während der andere Gleichspan nungswandler zwischen der Hochvoltbatterie und dem Inverter angeordnet ist. Durch einen Gleichspannungswandler kann die Betriebsspannung der Brennstoffzelle angepasst werden, während durch den anderen Gleichspannungswandler die Betriebsspannung der Hochvoltbatterie angepasst werden kann. Known Hochvoltbordnetze with a high-voltage battery and a fuel cell usually have two DC voltage converter. A DC-DC converter is usually arranged between the fuel cell and the inverter of the electric traction unit, while the other DC voltage converter is arranged between the high-voltage battery and the inverter. By a DC-DC converter, the operating voltage of the fuel cell can be adjusted, while the operating voltage of the high-voltage battery can be adjusted by the other DC-DC converter.
Durch die zwei Gleichspannungswandler wird Bauraum benötigt und das Fahrzeuggewicht wird erhöht. Weiterhin fallen durch die Gleichspannungswandler Leistungsverluste an. The two DC-DC converters space is required and the vehicle weight is increased. Furthermore, DC losses cause power losses.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltbordnetzes und ein Hochvoltbordnetz zu schaffen, bei welchem bzw. mit welchem ein Hochvoltbordnetz mit einer It is an object of the invention to provide a method for operating a high-voltage vehicle electrical system and a high-voltage vehicle electrical system, in which or with which a high-voltage vehicle electrical system with a
Brennstoffzelle und einer Hochvoltbatterie bauraumsparender ausgebildet und energieeffizienter betreiben werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Hochvoltbordnetz gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Fuel cell and a high-voltage battery space-saving design and can be operated more energy efficient. This object is achieved by a method and a high-voltage vehicle electrical system according to the independent claims.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs betrieben. Es werden folgende Schritte durchgeführt : In a method according to the invention, a high-voltage vehicle electrical system is operated. The following steps are carried out:
a) Erzeugen eines Kopplungssignals zur Bordnetzankopplung einer Brennstoffzelle des Kraftfahrzeugs; a) generating a coupling signal for vehicle electrical system coupling of a fuel cell of the motor vehicle;
b) Durchführen von Schritten c) bis f) abhängig von dem b) performing steps c) to f) depending on the
Kopplungssignal ;  Coupling signal;
c) Aktivieren der Brennstoffzelle abhängig von dem Kopp c) activating the fuel cell depending on the Kopp
lungssignal ;  signal;
d) Bestimmen einer aktuellen Betriebsspannung der Brenn d) determining a current operating voltage of the Brenn
stoffzelle;  substance-cell;
e) Anpassen einer Betriebsspannung des von der Brennstoffzelle entkoppelten Hochvoltbordnetzes an die Betriebsspannung der Brennstoffzelle; und e) adjusting an operating voltage of the decoupled from the fuel cell high-voltage vehicle electrical system to the operating voltage of the fuel cell; and
f) Koppeln der Brennstoffzelle mit dem Hochvoltbordnetz. f) coupling the fuel cell with the high-voltage on-board electrical system.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Brenn stoffzelle auch direkt, also gleichspannungswandlerlos, mit dem Inverter gebunden sein kann, insbesondere falls die Be triebsspannung des Hochvoltbordnetzes an die Betriebsspannung der Brennstoffzelle vor dem Koppeln der Brennstoffzelle mit dem Hochvoltbordnetz angepasst wird. The invention is based on the finding that the fuel cell fuel cell also directly, so DC converter can be tied to the inverter, especially if the loading operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system is adapted to the operating voltage of the fuel cell before coupling the fuel cell with the high-voltage vehicle electrical system.
Brennstoffzellen steigern nach dem Aktivieren üblicherweise ihre Betriebsspannung. Dies würde dazu führen, dass die Brenn stoffzelle - bei direkter Verbindung der Brennstoffzelle mit dem Inverter - erst mit dem Hochvoltbordnetz gekoppelt werden kann, falls die Betriebsspannung der Brennstoffzelle der Betriebs spannung des Hochvoltbordnetzes entspricht. Die Brennstoffzelle müsste also eine Zeit lang betrieben werden, bis die ent sprechende Betriebsspannung zum Koppeln mit dem Hochvoltbordnetz bereitgestellt wird. Die durch die Brennstoffzelle wird erst ab der Kopplung der Brennstoffzelle mit dem Hochvoltbordnetz vom Kraftfahrzeug genutzt. Vor der Kopplung wird die Brennstoffzelle insbesondere betrieben ohne die erzeugte Energie zu nutzen. Fuel cells usually increase their operating voltage after activation. This would mean that the fuel cell - can be coupled to the high-voltage vehicle electrical system - in direct connection of the fuel cell with the inverter - only if the operating voltage of the fuel cell to the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system. The fuel cell would therefore have to be operated for a while until the ent speaking operating voltage for coupling with the high-voltage vehicle electrical system provided. The fuel cell is used only from the coupling of the fuel cell with the high-voltage vehicle electrical system. Before the coupling, the fuel cell is operated in particular without using the energy generated.
Dadurch, dass die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes, insbesondere durch einen Gleichspannungswandler zwischen der Hochvoltbatterie und dem Inverter, angepasst wird, also ins besondere herabgesetzt wird, kann die Brennstoffzelle früher mit dem Hochvoltbordnetz direkt gekoppelt werden, als dies ohne Anpassung der Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes der Fall wäre. Die Energie der Brennstoffzelle, welche zu Beginn, also kurz nach der Aktivierung der Brennstoffzelle erzeugt wird, kann also früher in das Hochvoltbordnetz eingespeist werden, wodurch das Hochvoltbordnetz bzw. die Brennstoffzelle energieeffizi enter betrieben wird. The fact that the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system, in particular by a DC-DC converter between the high-voltage battery and the inverter is adjusted, so in particular reduced, the fuel cell can be earlier coupled directly to the high-voltage electrical system, as would be the case without adjustment of the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system , The energy of the fuel cell, which is generated at the beginning, ie shortly after the activation of the fuel cell, so earlier can be fed into the high-voltage electrical system, whereby the high-voltage electrical system or the fuel cell is operated energieeffizi enter.
Ferner kann durch die, insbesondere lediglich über einen Brennstoffzellenzuschalter ausgebildete Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter, Energie mit weniger Verlust, welcher beispielsweise bei einem zusätzlichen Gleichspan nungswandler für die Brennstoffzelle entstehen würde, vermieden werden . Furthermore, can be avoided by the, in particular only via a fuel cell switch formed connection between the fuel cell and the inverter, energy with less loss, which would, for example, at an additional DC voltage converter for the fuel cell arise.
Weiterhin kann durch den Verzicht auf den zusätzlichen Furthermore, by waiving the additional
Gleichspannungswandler zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter Bauraum im Kraftfahrzeug eingespart werden. DC converter between the fuel cell and the inverter space in the vehicle be saved.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Brennstoffzelle im Schritt f) durch einen Brennstoffzellenzuschalter mit dem Hochvoltbordnetz gekoppelt wird. Der Brennstoffzellenzuschalter kann dabei als Schaltschütz ausgebildet sein. Der Brenn stoffzellenzuschalter ist dabei vorzugsweise zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter angeordnet. Für das Koppeln der Brennstoffzelle wird der Brennstoffzellenzuschalter insbe sondere geschlossen. Durch den Brennstoffzellenzuschalter kann die Brennstoffzelle energieeffizient und bauraumsparend mit dem Inverter verbunden werden. Preferably, it is provided that the fuel cell is coupled in step f) by a fuel cell switch with the high-voltage vehicle electrical system. The fuel cell switch can be designed as a contactor. The fuel cell cell switch is preferably arranged between the fuel cell and the inverter. For coupling the Fuel cell, the fuel cell switch in particular special closed. The fuel cell switch allows the fuel cell to be connected to the inverter in an energy-efficient and space-saving manner.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Bren- stoffzellenzuschalter vor dem Aktivieren der Brennstoffzelle im Schritt c) geöffnet wird. Durch das Öffnen des Brennstoff- zellenzuschalters wird die Brennstoffzelle vom Hochvoltbordnetz entkoppelt und kann aktiviert werden, ohne dass eine wesentliche Spannungsdifferenz zwischen der Betriebsspannung der Brenn stoffzelle und der Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes besteht . Furthermore, it is preferably provided that the fuel cell cell switch is opened before activation of the fuel cell in step c). By opening the fuel cell cell, the fuel cell is decoupled from the high-voltage vehicle electrical system and can be activated without there being a significant voltage difference between the operating voltage of the fuel cell and the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Betriebs spannung des Hochvoltbordnetzes zur Anpassung an die aktuelle Betriebsspannung der Brennstoffzelle im Schritt e) reduziert wird. Durch das Reduzieren der Betriebsspannung des Hoch- voltbordnetzes kann die Brennstoffzelle im hochfahrenden Zustand bzw. in der Startphase, in welchem die Betriebsspannung der Brennstoffzelle kontinuierlich zunimmt, früher mit dem Hoch voltbordnetz gekoppelt werden, als wenn die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes nicht reduziert wird. Dadurch kann die Energie der Brennstoffzelle früher in das Hochvoltbordnetz eingespeist werden, als wenn die Kopplung der Brennstoffzelle erst später erfolgt, nämlich erst dann, wenn die Brennstoffzelle eine Betriebsspannung erreicht hat, welche ähnlich der Be triebsspannung des Hochvoltbordnetzes ist. Furthermore, it is preferably provided that the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system for adaptation to the current operating voltage of the fuel cell in step e) is reduced. By reducing the operating voltage of the high-voltage on-board electrical system, the fuel cell can be coupled earlier in the ramp-up state or in the starting phase, in which the operating voltage of the fuel cell increases continuously with the high-voltage electrical system, as if the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system is not reduced. As a result, the energy of the fuel cell can be fed earlier into the high-voltage electrical system, as if the coupling of the fuel cell takes place later, namely, only when the fuel cell has reached an operating voltage which is similar to the loading operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Betriebs spannung der Brennstoffzelle und/oder die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes nach dem Koppeln der Brennstoffzelle in Schritt f) erhöht wird. Durch das Erhöhen der jeweiligen Be triebsspannung kann der Inverter und somit auch die Trakti- onseinheit mit einer höheren Spannung versorgt werden, wodurch die Traktionseinheit leistungsfähiger und effizienter ist. Es ist also insbesondere vorgesehen, dass die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes für den Ankopplungsvorgang der Brenn stoffzelle zeitweise herabgesetzt wird und nach dem erfolgten Ankopplungsvorgang wieder, beispielsweise auf das ursprüngliche Niveau, heraufgesetzt wird. Furthermore, it is preferably provided that the operating voltage of the fuel cell and / or the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system after coupling of the fuel cell in step f) is increased. By increasing the respective operating voltage, the inverter and thus also the traction be powered on a higher voltage, making the traction unit more powerful and efficient. It is thus provided in particular that the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system for the coupling process of the fuel cell is temporarily reduced and after the successful coupling process again, for example, to the original level, is increased.
Insbesondere erfolgt das Ankoppeln der Brennstoffzelle zu einem Zeitpunkt, zu welchem das Kraftfahrzeug nicht die volle Leistung der Traktionseinheit abruft, sondern vielmehr vorzugsweise zu einem Zeitpunkt, in welchem vorhergesehen wird, dass zukünftig die Leistung der Brennstoffzelle benötigt wird. Daher kann das Kopplungssignal erzeugt werden und die Bordnetzankopplung der Brennstoffzelle kann gemäß dem Verfahren durchgeführt werden. In particular, the coupling of the fuel cell takes place at a time when the motor vehicle does not retrieve the full power of the traction unit, but rather preferably at a time in which it is anticipated that the future performance of the fuel cell is needed. Therefore, the coupling signal can be generated and the vehicle electrical system coupling of the fuel cell can be performed according to the method.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass nach dem Koppeln der Brennstoffzelle ein Entkopplungssignal erzeugt wird, und die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes abhängig von dem Entkopplungssignal an die Betriebsspannung der Brennstoffzelle angepasst wird, wobei die Brennstoffzelle nach dem Anpassen anhand des Entkopplungssignals stromlos betrieben wird, d.h. die Spannungsdifferenz zwischen Brennstoffzelle und Hochvolt bordnetz ist gleich null. Die Brennstoffzelle wird dann im Stromlosbetrieb vom Hochvoltbordnetz entkoppelt. Insbesondere wird die Brennstoffzelle nach dem Entkoppeln abgeschaltet bzw. deaktiviert. Durch das Anheben der Betriebsspannung des Furthermore, it is preferably provided that after decoupling of the fuel cell, a decoupling signal is generated, and the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system is adjusted depending on the decoupling signal to the operating voltage of the fuel cell, wherein the fuel cell is operated de-energized after adjusting using the decoupling signal, i. the voltage difference between the fuel cell and the high-voltage on-board network is zero. The fuel cell is then decoupled from the high-voltage on-board electrical system during power-off operation. In particular, the fuel cell is switched off or deactivated after decoupling. By raising the operating voltage of the
Hochvoltbordnetzes wird die Brennstoffzelle stromlos betrieben und die Brennstoffzelle kann durch Öffnen des Brennstoffzel- lenzuschalters vom Hochvoltbordnetz entkoppelt werden. High-voltage on-board electrical system, the fuel cell is operated without power and the fuel cell can be decoupled by opening the fuel cell switch from the high-voltage vehicle electrical system.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Schritte a) bis f) in der gegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Durch die gegebene Reihenfolge wird die Brennstoffzelle energieeffizient und im Wesentlichen ohne Spannungssprünge mit dem Hochvoltbordnetz gekoppelt . Furthermore, it is provided that steps a) to f) are carried out in the given order. Due to the given order, the fuel cell becomes energy efficient and efficient Essentially coupled without voltage jumps to the high-voltage vehicle electrical system.
Die Erfindung betrifft auch ein Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Hochvoltbordnetz weist eine Hochvoltbatterie und eine Brennstoffzelle auf. Die Hochvolt batterie ist über einen Gleichspannungswandler mit einem In verter einer elektrischen Traktionseinheit des Kraftfahrzeugs elektrisch verbunden. Als ein wichtiger Gedanke ist vorgesehen, dass die Brennstoffzelle direkt, das heißt gleichspannungs wandlerlos, mit dem Inverter elektrisch verbunden ist. The invention also relates to a high-voltage vehicle electrical system. The high-voltage vehicle electrical system according to the invention has a high-voltage battery and a fuel cell. The high-voltage battery is electrically connected via a DC-DC converter with an inverter in an electric traction unit of the motor vehicle. As an important idea, it is provided that the fuel cell is electrically connected directly to the inverter, that is, DC voltage without transformer.
Durch die direkte Verbindung der Brennstoffzelle mit dem Inverter wird vorliegend beschrieben, dass zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter kein Gleichspannungswandler angeordnet ist, also zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter keine Spannungsanpassung erfolgt. The direct connection of the fuel cell to the inverter is described herein that between the fuel cell and the inverter no DC-DC converter is arranged, so there is no voltage adjustment between the fuel cell and the inverter.
Jedoch kann direkt bedeuten, dass zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter ein Schalter, insbesondere ein Brennstoff- zellenzuschalter, angeordnet ist. However, it can directly mean that a switch, in particular a fuel cell switch, is arranged between the fuel cell and the inverter.
Durch die direkte Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter kann das Hochvoltbordnetz bauraumsparender und energieeffizienter ausgebildet werden. Weiterhin können passive Komponenten des Hochvoltbordnetzes kleiner ausgebildet bzw. vollständig eingespart werden. Due to the direct connection between the fuel cell and the inverter, the high-voltage on-board network can be made more space-saving and energy-efficient. Furthermore, passive components of the high-voltage vehicle electrical system can be made smaller or completely saved.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass zwischen der Brenn stoffzelle und einem Stromverbindungspunkt des Hochvoltbord netzes ein Brennstoffzellenzuschalter angeordnet ist, und der Stromverbindungspunkt mit dem Gleichspannungswandler, dem Inverter, und dem Brennstoffzellenzuschalter direkt elektrisch verbunden ist. Durch den Stromverbindungspunkt werden die Brennstoffzelle und die Hochvoltbatterie insbesondere parallel geschaltet. Das Hochvoltbordnetz kann dann sowohl von der Brennstoffzelle als auch von der Hochvoltbatterie mit Energie versorgt werden. Preferably, it is provided that between the fuel cell fuel cell and a power connection point of the high-voltage board network, a fuel cell switch is arranged, and the power connection point is directly electrically connected to the DC-DC converter, the inverter, and the fuel cell. Through the power connection point are the Fuel cell and the high-voltage battery in particular connected in parallel. The high-voltage on-board electrical system can then be supplied with energy both from the fuel cell and from the high-voltage battery.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Hochvolt bordnetz eine Steuereinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein Kopplungssignal, durch welches die Brennstoffzelle mit dem Hochvoltbordnetz gekoppelt wird, zu erzeugen und/oder ein Entkopplungssignal, durch welches die Brennstoffzelle von dem Hochvoltbordnetz entkoppelt wird, zu erzeugen. Durch die Steuereinheit kann dann vorzugsweise auch die Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes angepasst werden. Das Anpassen der Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes erfolgt vorzugsweise über den Gleichspannungswandler. Die Steuereinheit kann dazu mit dem Gleichspannungswandler steuersignalübertragend verbunden sein . Furthermore, it is preferably provided that the high-voltage onboard network has a control unit which is adapted to generate a coupling signal, by which the fuel cell is coupled to the high-voltage vehicle electrical system, and / or a decoupling signal, by which the fuel cell is decoupled from the high-voltage vehicle electrical system, to create. By the control unit can then be adjusted preferably also the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system. The adjustment of the operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system preferably takes place via the DC-DC converter. The control unit can be connected to the DC-DC converter to transmit control signal.
Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausführungen des Hochvoltbordnetzes anzusehen. Die gegenständlichen Komponenten des Hochvoltbordnetzes sind jeweils dazu ausgebildet, die jeweiligen Verfahrensschritte durchzuführen . Advantageous embodiments of the method according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the high-voltage vehicle electrical system. The subject components of the high-voltage vehicle electrical system are each designed to carry out the respective method steps.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Further features of the invention will become apparent from the claims, the figure and the description of the figures.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing.
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hoch- voltbordnetzes . Die Fig. zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist ein Hochvoltbordnetz 2 und eine Traktionseinheit 3 auf. 1 shows a schematic plan view of a motor vehicle with an exemplary embodiment of a high-voltage on-board electrical system according to the invention. The FIG. 1 shows a schematic plan view of a motor vehicle 1. The motor vehicle 1 has a high-voltage on-board network 2 and a traction unit 3.
Die Traktionseinheit 3 kann beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein. Durch die Traktionseinheit 3 wird insbesondere die Hauptantriebsleistung des Kraftfahrzeugs 1 bereitgestellt. The traction unit 3 may be formed, for example, as an electric motor. In particular, the main drive power of the motor vehicle 1 is provided by the traction unit 3.
Das Hochvoltbordnetz 2 weist einen Inverter 4, eine Brenn stoffzelle 5, eine Hochvoltbatterie 6, einen Gleichspan nungswandler 7 und einen Brennstoffzellenzuschalter 8 auf. The high-voltage vehicle electrical system 2 has an inverter 4, a fuel cell 5, a high-voltage battery 6, a DC voltage converter 7 and a fuel cell 8.
Die Brennstoffzelle 5 ist über den Brennstoffzellenzuschalter 8 mit dem Hochvoltbordnetz 2 elektrisch verbunden. Genauer gesagt wird durch das Schließen des Brennstoffzellenzuschalters 8 ein erster Hochvoltbordnetzabschnitt 9, welcher die Brennstoffzelle 5 aufweist, mit einem zweiten Hochvoltbordnetzabschnitt 10, welcher die Hochvoltbatterie 6 und den Gleichspannungswandler 7 aufweist, elektrisch verbunden. The fuel cell 5 is electrically connected to the high-voltage vehicle electrical system 2 via the fuel cell switch 8. More specifically, by closing the fuel cell switch 8, a first high-voltage vehicle electrical system section 9 having the fuel cell 5 is electrically connected to a second high-voltage vehicle electrical system section 10 having the high-voltage battery 6 and the DC-DC converter 7.
Die Hochvoltbatterie 6 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nur über den Gleichspannungswandler 7 mit dem Inverter 4 verbunden. The high-voltage battery 6 is connected according to the embodiment only via the DC-DC converter 7 to the inverter 4.
Zwischen dem Brennstofzellenzuschalter 8, dem Inverter 4 und dem Gleichspannungswandler 7 ist ein Stromverbindungspunkt 11 angeordnet. Der Brennstoffzellenzuschalter 8 wiederum ist gemäß dem Ausführungsbeispiel unmittelbar zwischen der Brennstoff zelle 5 und dem Stromverbindungspunkt 11 angeordnet. Between the fuel cell switch 8, the inverter 4 and the DC-DC converter 7, a power connection point 11 is arranged. The fuel cell switch 8 in turn is arranged according to the embodiment directly between the fuel cell 5 and the power connection point 11.
Weiterhin weist das Hochvoltbordnetz eine Steuereinheit 12 auf, welche gemäß dem Ausführungsbeispiel mit dem Gleichspan nungswandler 7 steuersignalübertragend verbunden ist. So kann von der Steuereinheit 12 beispielsweise die Steuerung des Gleichspannungswandlers 7 vorgenommen werden, um eine Be- triebsspannung 13 des Hochvoltbordnetzes 3, insbesondere des zweiten Hochvoltbordnetzabschnitts 10 , anzupassen, insbesondere heraufzusetzen oder herabzusetzen. Furthermore, the high-voltage vehicle electrical system has a control unit 12, which is connected according to the embodiment with the DC-DC converter 7 to transmit control signal. For example, control of the DC-DC converter 7 can be carried out by the control unit 12 in order to ensure that operating voltage 13 of the high-voltage vehicle electrical system 3, in particular of the second high-voltage electrical system section 10, adapt, in particular to increase or decrease.
Durch die Brennstoffzelle 5 wird eine Betriebsspannung 14 bereitgestellt. Ist der Brennstoffzellenzuschalter 8 geöffnet, so liegt die Betriebsspannung 14 der Brennstoffzelle 5 nur im ersten Hochvoltbordnetzabschnitt 9 an. An operating voltage 14 is provided by the fuel cell 5. If the fuel cell switch 8 is open, the operating voltage 14 of the fuel cell 5 is present only in the first high-voltage onboard power supply section 9.
Ein Verfahren zum Betreiben des Hochvoltbordnetzes 2 läuft nun beispielsweise wie folgt ab. Es wird ein Kopplungssignal 15 zu Bordnetzankopplung der Brennstoffzelle 5 erzeugt. Dann wird gemäß dem Ausführungsbeispiel überprüft, ob der Brennstoff- zellenzuschalter 8 geöffnet ist. Ist dies der Fall, wird die Brennstoffzelle 5 abhängig von dem Kopplungssignal 15 aktiviert. Es wird die aktuelle Betriebsspannung 14 der Brennstoffzelle 5 bestimmt. Anschließend wird gemäß dem Ausführungsbeispiel die Betriebsspannung 13 des Hochvoltbordnetzes 2 mittels dem Gleichspannungswandler 7 an die Betriebsspannung 14 der A method for operating the high-voltage vehicle electrical system 2 now proceeds as follows, for example. A coupling signal 15 to the vehicle electrical system coupling of the fuel cell 5 is generated. Then, according to the embodiment, it is checked whether the fuel cell switch 8 is opened. If this is the case, the fuel cell 5 is activated as a function of the coupling signal 15. The current operating voltage 14 of the fuel cell 5 is determined. Subsequently, according to the embodiment, the operating voltage 13 of the high-voltage vehicle electrical system 2 by means of the DC-DC converter 7 to the operating voltage 14 of
Brennstoffzelle 5 angepasst bzw. auf das gleiche Spannungsniveau gebracht. Das Hochvoltbordnetz (2) ist damit eingerichtet, die Betriebsspannung (13) des Hochvoltbordnetzes (2) an die Be triebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5) im Schritt e) anzupassen. Das bedeutet insbesondere, dass die Betriebsspannung 13 des Hochvoltbordnetzes 2, insbesondere dem zweiten Hoch- voltbordnetzabschnitt 10, reduziert werden kann. Insbesondere nach dem Anpassen der Betriebsspannung 13 des Hochvoltbordnetzes 2 wird die Brennstoffzelle 5 mit dem Hochvoltbordnetz 2 direkt gekoppelt, das heißt der Brennstoffzellenzuschalter 8 wird geschlossen . Fuel cell 5 adapted or brought to the same voltage level. The high-voltage vehicle electrical system (2) is set up to adjust the operating voltage (13) of the high-voltage vehicle electrical system (2) to the operating voltage (14) of the fuel cell (5) in step e). This means, in particular, that the operating voltage 13 of the high-voltage vehicle electrical system 2, in particular the second high-voltage on-board electrical system section 10, can be reduced. In particular, after adjusting the operating voltage 13 of the high-voltage vehicle electrical system 2, the fuel cell 5 is directly coupled to the high-voltage vehicle electrical system 2, that is to say the fuel cell switch 8 is closed.
Durch das Anpassen der Betriebsspannung 13 des Hochvoltbord netzes 2 an die Betriebsspannung 14 der Brennstoffzelle 5 herrscht insbesondere Potentialgleichheit und der Brenn- stoffzellenzuschalter 8 kann ohne Stromfluss geschlossen werden. Die Brennstoffzelle 5 kann jetzt die Traktionseinheit 3 bzw. einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs 1 ohne Verluste eines Gleichspannungswandlers speisen. By adjusting the operating voltage 13 of the high-voltage board network 2 to the operating voltage 14 of the fuel cell 5 prevails in particular potential equality and the combustion Substance cell switch 8 can be closed without current flow. The fuel cell 5 can now feed the traction unit 3 or a drive train of the motor vehicle 1 without losses of a DC-DC converter.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Kraftfahrzeug 1 motor vehicle
2 Hochvoltbordnetz  2 high voltage electrical system
3 Traktionseinheit 3 traction unit
4 Inverter  4 inverters
5 Brennstoffzelle  5 fuel cell
6 Hochvoltbatterie  6 high-voltage battery
7 Gleichspannungswandler 7 DC-DC converter
8 Brennstoffzellenzuschalter 8 fuel cell switch
9 erster Hochvoltbordnetzabschnitt  9 first high-voltage on-board network section
10 zweiter Hochvoltbordnetzabschnitt  10 second high-voltage onboard network section
11 Stromverbindungspunkt 11 power connection point
12 Steuereinheit 12 control unit
13 Betriebsspannung des Hochvoltbordnetzes13 Operating voltage of the high-voltage vehicle electrical system
14 Betriebsspannung der Brennstoffzelle14 operating voltage of the fuel cell
15 KopplungsSignal 15 coupling signal

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltbordnetzes (2) eines1. A method for operating a high-voltage vehicle electrical system (2) one
Kraftfahrzeugs (1), bei welchem folgende Schritte durch geführt werden: Motor vehicle (1), in which the following steps are performed by:
a) Erzeugen eines Kopplungssignals (15) zur Bordnetz- ankopplung einer Brennstoffzelle (5) des Kraftfahrzeugs (1) ;  a) generating a coupling signal (15) for the electrical system coupling of a fuel cell (5) of the motor vehicle (1);
b) Durchführen von Schritten c) bis f) abhängig von dem Kopplungssignal (15);  b) performing steps c) to f) depending on the coupling signal (15);
c) Aktivieren der Brennstoffzelle (5) abhängig vom Kopp lungssignal (15);  c) activating the fuel cell (5) depending on the coupling signal (15);
d) Bestimmen einer aktuellen Betriebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5) ;  d) determining a current operating voltage (14) of the fuel cell (5);
e) Anpassen einer Betriebsspannung (13) des von der  e) adjusting an operating voltage (13) of the of
Brennstoffzelle (5) entkoppelten Hochvoltbordnetzes (2) an die Betriebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5); und f) Koppeln der Brennstoffzelle (5) direkt mit dem Hoch voltbordnetz (2).  Fuel cell (5) decoupled high-voltage vehicle electrical system (2) to the operating voltage (14) of the fuel cell (5); and f) coupling the fuel cell (5) directly to the high voltage vehicle electrical system (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei 2. The method of claim 1, wherein
die Brennstoffzelle (5) im Schritt f) durch einen Brenn stoffzellenzuschalter (8) mit dem Hochvoltbordnetz (2) gekoppelt wird.  the fuel cell (5) in step f) by a fuel cell fuel cell switch (8) with the high-voltage vehicle electrical system (2) is coupled.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei 3. The method of claim 2, wherein
der Brennstoffzellenzuschalter (8) vor dem Aktivieren der Brennstoffzelle (5) im Schritt c) geöffnet wird.  the fuel cell switch (8) is opened before activation of the fuel cell (5) in step c).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betriebsspannung (13) des Hochvoltbordnetzes (2) zur Anpassung an die Betriebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5) im Schritt e) reduziert wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the operating voltage (13) of the high-voltage vehicle electrical system (2) for adaptation to the operating voltage (14) of the fuel cell (5) in step e) is reduced.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betriebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5) und/oder die Betriebsspannung (13) des Hochvoltbordnetzes (2) nachdem Koppeln der Brennstoffzelle (5) im Schritt f) erhöht wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the operating voltage (14) of the fuel cell (5) and / or the operating voltage (13) of the high-voltage vehicle electrical system (2) after coupling the fuel cell (5) in step f) is increased.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Koppeln der Brennstoffzelle (5) ein Entkopp lungssignal erzeugt wird, und die Betriebsspannung (13) des Hochvoltbordnetzes (2) abhängig von dem Entkopplungssignal an die Betriebsspannung (14) der Brennstoffzelle (5) angepasst wird, wobei die Brennstoffzelle (5) nach dem Anpassen anhand des Entkopplungssignals stromlos betrieben wird, wobei die Brennstoffzelle (5) im stromlosen Betrieb vom Hochvolt bordnetz (2) entkoppelt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein after coupling of the fuel cell (5) a decoupling ment signal is generated, and the operating voltage (13) of the high-voltage vehicle electrical system (2) depending on the decoupling signal to the operating voltage (14) of the fuel cell (5). is adjusted, wherein the fuel cell (5) is operated de-energized after adjusting based on the decoupling signal, wherein the fuel cell (5) is decoupled in the currentless operation of the high-voltage electrical system (2).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte a) bis f) in der gegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the steps a) to f) are carried out in the given order.
8. Hochvoltbordnetz (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einer Hochvoltbatterie (6) und einer Brennstoffzelle (5), wobei die Hochvoltbatterie (6) über einen Gleichspannungswandler (7) mit einem Inverter (4) einer elektrischen Traktionseinheit (3) des Kraftfahrzeugs (1) verbunden ist, 8. High-voltage on-board electrical system (2) for a motor vehicle (1), with a high-voltage battery (6) and a fuel cell (5), wherein the high-voltage battery (6) via a DC-DC converter (7) with an inverter (4) of an electric traction unit (3) the motor vehicle (1) is connected,
wobei die Brennstoffzelle (5) direkt mit dem Inverter (4) elektrisch koppelbar ist  wherein the fuel cell (5) is electrically coupled directly to the inverter (4)
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Hochvoltbordnetz (2) eingerichtet ist, die Betriebs spannung (13) des Hochvoltbordnetzes (2) an die Betriebs spannung (14) der Brennstoffzelle (5) anzupassen.  the high-voltage vehicle electrical system (2) is arranged to adjust the operating voltage (13) of the high-voltage vehicle electrical system (2) to the operating voltage (14) of the fuel cell (5).
9. Hochvoltbordnetz nach Anspruch 8, wobei 9. High-voltage vehicle electrical system according to claim 8, wherein
zwischen der Brennstoffzelle (5) und einem Stromverbin dungspunkt (11) des Hochvoltbordnetzes (2) ein Brenn- stoffzellenzuschalter (8) angeordnet ist, und der Strom verbindungspunkt (11) mit dem Gleichspannungswandler (7), dem Inverter (4) und dem Brennstoffzellenzuschalter (8) direkt elektrisch verbunden ist. between the fuel cell (5) and a Stromverbin tion point (11) of the high-voltage vehicle electrical system (2) a Brenn- stoffzellenzuschalter (8) is arranged, and the power connection point (11) with the DC-DC converter (7), the inverter (4) and the fuel cell switch (8) is directly electrically connected.
10. Hochvoltbordnetz (2) nach Anspruch 8 oder 9, wobei 10. high-voltage vehicle electrical system (2) according to claim 8 or 9, wherein
das Hochvoltbordnetz (2) eine Steuereinheit (12) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein Kopplungssignal (15), durch welches die Brennstoffzelle (5) mit dem Hochvolt- bordnetz (2) gekoppelt wird, zu erzeugen und/oder ein the high-voltage on-board electrical system (2) has a control unit (12) which is set up to generate and / or input a coupling signal (15) by which the fuel cell (5) is coupled to the high-voltage on-board network (2)
Entkopplungssignal, durch welches die Brennstoffzelle (5) von dem Hochvoltbordnetz (2) entkoppelt wird, zu erzeugen, und wobei das Kopplungssignal (15) und/oder das Entkopp lungssignal das Anpassen der Betriebsspannung (13) des Hochvoltbordnetzes (2) auslösen. Decoupling signal, by which the fuel cell (5) is decoupled from the high-voltage vehicle electrical system (2), and wherein the coupling signal (15) and / or the decoupling ment signal triggering the adjustment of the operating voltage (13) of the high-voltage vehicle electrical system (2).
PCT/EP2019/060870 2018-05-07 2019-04-29 Method for operating a high-voltage on-board power system of a motor vehicle, and high-voltage on-board power system WO2019214976A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201980030975.XA CN112135749B (en) 2018-05-07 2019-04-29 Method for operating a high-voltage on-board power system of a motor vehicle and high-voltage on-board power system
US17/051,223 US11760229B2 (en) 2018-05-07 2019-04-29 Method for operating a high-voltage on-board power system of a motor vehicle, and high-voltage on-board power system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018207014.8A DE102018207014A1 (en) 2018-05-07 2018-05-07 Method for operating a high-voltage vehicle electrical system, and high-voltage vehicle electrical system
DE102018207014.8 2018-05-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019214976A1 true WO2019214976A1 (en) 2019-11-14

Family

ID=66397224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/060870 WO2019214976A1 (en) 2018-05-07 2019-04-29 Method for operating a high-voltage on-board power system of a motor vehicle, and high-voltage on-board power system

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11760229B2 (en)
CN (1) CN112135749B (en)
DE (1) DE102018207014A1 (en)
WO (1) WO2019214976A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019210323A1 (en) * 2019-07-12 2021-01-14 Vitesco Technologies GmbH Improved topology for a fuel cell powertrain
US11724706B2 (en) * 2021-03-25 2023-08-15 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Preconditioning a fuel cell using route data

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19954306A1 (en) * 1999-11-11 2001-07-26 Xcellsis Gmbh Device for generating electrical energy with a fuel cell in a vehicle and method for operating such a device
DE112009004883T5 (en) * 2009-06-09 2012-06-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha The fuel cell system
DE102014224574A1 (en) * 2014-12-02 2016-06-02 Robert Bosch Gmbh Intrinsically safe bleed-down circuit and control strategy for fuel cell systems

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003168459A (en) 2001-11-26 2003-06-13 Ind Technol Res Inst Electric power output control system of hybrid type fuel cell electric vehicle
EP1650820B1 (en) 2003-08-01 2013-01-09 Shindengen Electric Manufacturing Company, Limited Fuel cell optimum operation point tracking system in power supply device using fuel cell, and power supply device provided with this fuel cell optimum operation point tracking system
CN1663838A (en) * 2004-12-24 2005-09-07 清华大学 Hybrid power system for automobile driven by fuel cell
KR101601443B1 (en) * 2014-07-02 2016-03-22 현대자동차주식회사 Driving control method of fuel cell system
KR102273878B1 (en) 2014-07-02 2021-07-06 삼성전자 주식회사 Method and apparatus for load balancing inter cell in wireless communication system
KR101759140B1 (en) 2016-01-19 2017-07-18 현대자동차주식회사 The output of the fuel cell control method and apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19954306A1 (en) * 1999-11-11 2001-07-26 Xcellsis Gmbh Device for generating electrical energy with a fuel cell in a vehicle and method for operating such a device
DE112009004883T5 (en) * 2009-06-09 2012-06-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha The fuel cell system
DE102014224574A1 (en) * 2014-12-02 2016-06-02 Robert Bosch Gmbh Intrinsically safe bleed-down circuit and control strategy for fuel cell systems

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018207014A1 (en) 2019-11-07
US20210221256A1 (en) 2021-07-22
CN112135749A (en) 2020-12-25
US11760229B2 (en) 2023-09-19
CN112135749B (en) 2024-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009033185B4 (en) Charging system and charging method for charging a battery of a vehicle and vehicle with such a charging system
WO2019030125A1 (en) Storage-battery charging device for a motor vehicle, method for operating an on-board storage-battery charging device, high-voltage vehicle electrical system and use of a storage-battery charging device
DE102012200804A1 (en) On-board network and method for operating a vehicle electrical system
DE102015206259A1 (en) ACTIVE INSULATED CIRCUIT FOR PRE-LOADING AND UNLOADING A HIGH VOLTAGE BUSH
DE102015108789A1 (en) Energy supply system for a motor vehicle
EP2844513B1 (en) Device and method for supplying an electric drive with electric current
WO2015086179A1 (en) Precharging an electric dc link storage element
DE102020202468A1 (en) Method for operating an on-board network for an electric vehicle and electric vehicle
WO2019214976A1 (en) Method for operating a high-voltage on-board power system of a motor vehicle, and high-voltage on-board power system
WO2011121053A1 (en) On-board supply system for a vehicle, and control device for controlling a current flow in an on-board supply system of a vehicle
DE102019212930B3 (en) Vehicle electrical system and method for operating a vehicle electrical system
DE102014201440A1 (en) Motor vehicle electrical system with optimized switching function
DE102006043831A1 (en) Energy-storage system for vehicle hybrid system, has partial energy storage for storage and distribution of electric energy by series connection, where bi-directional direct current regulator is upstream to each partial energy storage
DE102014011795A1 (en) Circuit arrangement and method for precharging a high-voltage DC intermediate circuit in a motor vehicle
DE102012212122A1 (en) Circuit arrangement for charging intermediate circuit capacitor in battery of partially or completely electrically-driven vehicle, has battery connected in series with another battery, and switch bridging latter battery in closed condition
DE102020007869A1 (en) On-board electrical system for an electrically powered vehicle and the associated process
DE102020206987A1 (en) Method and device for charging an intermediate circuit capacitor in a high-voltage network
WO2013037633A2 (en) Method and apparatus for compensating for charge differences between the battery modules of a battery system with an output voltage which is adjustable in stages
EP3585639A1 (en) Device and method for operating a motor vehicle, and motor vehicle
DE102017008841A1 (en) Electric vehicle electrical system with fuel cell unit
DE102021213459B3 (en) Switching device and method for charging an electrical energy store and electric vehicle
DE102021128140A1 (en) Power system for an electric vehicle
DE102022129517A1 (en) Electrical circuit arrangement for a high-voltage component for a vehicle and method for operating such an electrical circuit arrangement
DE102022212442A1 (en) DC-DC converter, multi-voltage network, electric vehicle and method for operating a multi-voltage network
DE102021214483A1 (en) Supply circuit with a computer device for diagnosing a connection circuit, in particular for power electronics in a vehicle, and method for operating a supply circuit with a computer device for diagnosing a connection circuit

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19721585

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19721585

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1